DE102019007092A1 - 3D printing process and 3D printing device - Google Patents
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Abstract
Ein 3D-Druckverfahren zur additiven Fertigung einer Treibladung für ein Festkörpertriebwerk umfasst schichtweises Ablegen eines extrudierfähigen Modelliermaterials in Materiallagen, wobei das extrudierfähige Modelliermaterial zumindest zwei unterschiedliche aushärtbare Treibstoffgemische umfasst, wobei in ersten Bereichen der Materiallagen ein erstes aushärtbares Treibstoffgemisch und in zweiten Bereichen der Materiallagen, die sich von den ersten Bereichen unterscheiden, ein zweites aushärtbares Treibstoffgemisch abgelegt wird, wobei die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche in den Materiallagen zur Einstellung eines vorgegebenen Schubverlaufs des Festkörpertriebwerks angeordnet werden; und Aushärten des extrudierfähigen Modelliermaterials in den Materiallagen zur Bildung der Treibladung. A 3D printing method for the additive manufacturing of a propellant charge for a solid-state engine comprises layer-by-layer deposition of an extrudable modeling material in material layers, the extrudable modeling material comprising at least two different hardenable fuel mixtures, with a first hardenable fuel mixture in first areas of the material layers and a first hardenable fuel mixture in second areas of the material layers differ from the first areas, a second hardenable fuel mixture is deposited, wherein the first areas and the second areas are arranged in the material layers for setting a predetermined thrust course of the solid-state engine; and curing the extrudable modeling material in the layers of material to form the propellant charge.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein 3D-Druckverfahren zur additiven Fertigung einer Treibladung für ein Festkörpertriebwerk. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung einer Treibladung für ein Festkörpertriebwerk mit einem derartigen 3D-Druckverfahren.The present invention relates to a 3D printing method for the additive manufacturing of a propellant charge for a solid-state engine. The present invention also relates to a 3D printing device for the additive manufacture of a propellant charge for a solid-state engine using such a 3D printing method.
Bei generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren, auch allgemein als „3D-Druckverfahren“ bezeichnet, werden ausgehend von einem digitalisierten geometrischen Modell eines Objekts ein oder mehrere Ausgangsmaterialien sequentiell in Lagen übereinandergeschichtet und ausgehärtet. So wird beispielsweise bei der Schmelzschichtung (Englisch: „Fused Deposition Modeling“, FDM) ein Bauteil schichtweise aus einem Modelliermaterial, beispielsweise einem Kunststoff oder einem Metall, aufgebaut, indem das Modelliermaterial in fließfähiger oder allgemeiner in extrudierfähiger Form aus einer Düse ausgepresst und auf eine Unterlage aufgebracht wird, wodurch sich nach Abkühlung ein festes, zusammenhängendes Bauteil ergibt. 3D-Drucken bietet außergewöhnliche Designfreiheit und erlaubt es unter anderem Objekte mit überschaubaren Aufwand herzustellen, welche mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur unter erheblichem Aufwand herstellbar wären. Aus diesem Grund sind 3D-Druckverfahren derzeit weit verbreitet im Industriedesign, in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrtindustrie oder generell in der industriellen Produktentwicklung, in der eine ressourceneffiziente Prozesskette zur bedarfsgerechten Klein- und Großserienfertigung individualisierter Bauteile eingesetzt wird.In generative or additive manufacturing processes, also generally referred to as “3D printing processes”, starting from a digitized geometric model of an object, one or more starting materials are sequentially stacked in layers and cured. In fused deposition modeling (FDM), for example, a component is built up in layers from a modeling material, for example a plastic or a metal, in that the modeling material is pressed out of a nozzle in a flowable or more generally in an extrudable form and onto a Underlay is applied, which results in a solid, coherent component after cooling. 3D printing offers exceptional freedom of design and allows, among other things, objects to be produced with manageable effort that could not be produced using conventional methods or only with considerable effort. For this reason, 3D printing processes are currently widespread in industrial design, in the automotive industry, the aerospace industry or in general in industrial product development, in which a resource-efficient process chain is used for the needs-based small and large-scale production of individualized components.
Mitunter wird vorgeschlagen, Treibladungen für Festkörpertriebwerke mit derartigen oder ähnlichen extrusionsbasierten 3D-Druckverfahren herzustellen, siehe beispielsweise die Druckschrift
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, flexiblere Lösungen für die Herstellung von Treibladungen mit additiven Verfahren zu finden.Against this background, the present invention is based on the object of finding more flexible solutions for the production of propellant charges using additive processes.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein 3D-Druckverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine 3D-Druckvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.According to the invention, this object is achieved by a 3D printing method with the features of claim 1 and by a 3D printing device with the features of claim 9.
Demgemäß ist ein 3D-Druckverfahren zur additiven Fertigung einer Treibladung für ein Festkörpertriebwerk vorgesehen. Das 3D-Druckverfahren umfasst schichtweises Ablegen eines extrudierfähigen Modelliermaterials in Materiallagen, wobei das extrudierfähige Modelliermaterial zumindest zwei unterschiedliche aushärtbare Treibstoffgemische umfasst, wobei in ersten Bereichen der Materiallagen ein erstes aushärtbares Treibstoffgemisch und in zweiten Bereichen der Materiallagen, die sich von den ersten Bereichen unterscheiden, ein zweites aushärtbares Treibstoffgemisch abgelegt wird, wobei die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche in den Materiallagen zur Einstellung eines vorgegebenen Schubverlaufs des Festkörpertriebwerks angeordnet werden; und Aushärten des extrudierfähigen Modelliermaterials in den Materiallagen zur Bildung der Treibladung.Accordingly, a 3D printing process for the additive manufacturing of a propellant charge for a solid-state engine is provided. The 3-D printing process comprises laying down an extrudable modeling material in layers in layers of material, the extrudable modeling material comprising at least two different hardenable fuel mixtures, a first hardenable fuel mixture in first areas of the material layers and a first hardenable fuel mixture in second areas of the material layers that differ from the first areas second hardenable fuel mixture is deposited, wherein the first areas and the second areas are arranged in the material layers for setting a predetermined thrust course of the solid-state engine; and curing the extrudable modeling material in the layers of material to form the propellant charge.
Ferner ist eine 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung einer Treibladung für ein Festkörpertriebwerk mit einem erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahren vorgesehen.Furthermore, a 3D printing device for the additive manufacture of a propellant charge for a solid-state engine using a 3D printing method according to the invention is provided.
Ferner ist ein computerlesbares Medium vorgesehen, auf welchem computerausführbare Anweisungen gespeichert sind, die bei Ausführung mittels einer datenverarbeitenden Vorrichtung die datenverarbeitende Vorrichtung dazu veranlassen, ein erfindungsgemäßes 3D-Druckverfahren auszuführen.Furthermore, a computer-readable medium is provided on which computer-executable instructions are stored which, when executed by means of a data processing device, cause the data processing device to execute a 3D printing method according to the invention.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, beliebige Schubverläufe von Triebwerken ohne Formwerkzeuge zu realisieren, indem mehrere Treibstoffgemische mit unterschiedlichen Eigenschaften gezielt mit einem additiven Verfahren schichtweise abgelegt und dabei variiert werden. Durch entsprechende Anordnung bzw. Verteilung von Bereichen mit den jeweiligen Treibstoffgemischen können unterschiedliche Schubverläufe eingestellt werden. Die entsprechende Verteilung der Treibstoffgemische in den Materialschichten bzw. Materiallagen kann beispielsweise mit einer entsprechenden Software für den gewünschten bzw. vorgegebenen Schubverlauf berechnet werden. Hierbei hat sowohl die räumliche Verteilung der Treibstoffgemische als auch deren zeitliche Abbrennfolge einen Einfluss auf den Schubverlauf. Hinzu tritt hierbei der beim Abbrand auftretende Gewichtsverlust. Beide Aspekte können von der Software im Zuge der Aufstellung des vorgegebenen Schubverlaufs berücksichtigt werden.One idea on which the present invention is based consists in realizing any desired thrust curves for engines without molding tools by deliberately depositing several fuel mixtures with different properties in layers using an additive method and varying them in the process. Different thrust courses can be set by appropriate arrangement or distribution of areas with the respective fuel mixtures. The corresponding distribution of the fuel mixtures in the material layers or material layers can be calculated, for example, with appropriate software for the desired or predetermined thrust course. Both the spatial distribution of the fuel mixtures and their chronological combustion sequence have an influence on the thrust curve. Added to this is the weight loss that occurs during the burn-off. Both aspects can be taken into account by the software in the course of setting up the given thrust curve.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich unterschiedlichste Eigenschaften in einer Treibladung in einem einfachen zusammenhängenden Verfahren erzeugen. 3D-Druckverfahren sind insbesondere vorteilhaft, da sie die Herstellung von dreidimensionalen Komponenten in urformenden Verfahren ermöglichen, ohne spezielle, auf die äußere Form der Komponenten abgestimmte Fertigungswerkzeuge zu benötigen. Dadurch werden hocheffiziente, Material sparende und Zeit sparende Herstellungsprozesse für Bauteile und Komponenten ermöglicht. Besonders vorteilhaft sind derartige 3D-Druckverfahren für die Herstellung von Treibladungen, da auch komplexe Geometrien beispielsweise mit hinterschnittigen Geometrien ohne großen Aufwand umsetzbar sind. Weiterhin können derart einfach zusätzliche Materialien in eine Treibladung eingebracht werden.With the method according to the invention and the device according to the invention, the most varied of properties can be generated in a propellant charge in a simple, coherent method. 3D printing processes are particularly advantageous because they enable the production of three-dimensional components in primary molding processes without the need for special production tools that are tailored to the external shape of the components. This enables highly efficient, material-saving and time-saving manufacturing processes for parts and components. Such 3D printing processes are particularly advantageous for the production of propellant charges, since complex geometries, for example with undercut geometries, can also be implemented without great effort. Furthermore, additional materials can easily be introduced into a propellant charge in this way.
3D-Druckverfahren im Sinne der vorliegenden Anmeldung umfassen alle generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren, bei welchen auf der Basis von geometrischen Modellen Objekte vordefinierter Form aus formlosen Materialien wie Flüssigkeiten oder formneutralen Halbzeugen wie etwa band- oder drahtförmigem Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse in einem speziellen generativen Fertigungssystem hergestellt werden. 3D-Druckverfahren im Sinne der vorliegenden Anmeldung verwenden dabei additive Prozesse, bei denen das Ausgangsmaterial schichtweise in vorgegebenen Formen sequentiell aufgebaut wird. Insbesondere umfassen derartige 3D-Druckverfahren extrusionsbasierte additive Verfahren.3D printing processes in the sense of the present application include all generative or additive manufacturing processes in which, on the basis of geometric models, objects of predefined shape made from shapeless materials such as liquids or shape-neutral semi-finished products such as strip or wire-shaped material by means of chemical and / or physical processes in a special additive manufacturing system. 3D printing processes within the meaning of the present application use additive processes in which the starting material is sequentially built up in layers in predetermined shapes. In particular, such 3D printing processes include extrusion-based additive processes.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. Advantageous refinements and developments emerge from the further subclaims and from the description with reference to the figures.
Gemäß einer Weiterbildung kann das extrudierfähige Modelliermaterial derart abgelegt werden, dass eine inhomogene Treibstoffversteilung in der Treibladung entsteht.According to a further development, the extrudable modeling material can be deposited in such a way that an inhomogeneous fuel distribution arises in the propellant charge.
Gemäß einer Weiterbildung können die unterschiedlichen aushärtbaren Treibstoffgemische unterschiedliche Schubleistungen und/oder Abbrandgeschwindigkeiten aufweisen.According to one development, the different hardenable fuel mixtures can have different thrust powers and / or burn rates.
Durch entsprechende vorteilhafte Wahl sowohl der jeweiligen Schubleistung und/oder der jeweiligen Abbrandgeschwindigkeit kann der zeitliche Verlauf des Schubes sowie dessen räumliche und zeitliche Leistungsverteilung eingestellt werden. Beispielsweise kann ein erstes Treibstoffgemisch mit einer ersten Schubleistung für eine erste Schubphase in vorderen Schichten der Treibladung bezogen auf eine Ausstoßrichtung positioniert werden. Darüber kann ein zweites Treibstoffgemisch mit einer zweiten Schubleistung in hinteren Schichten der Treibladung bezogen auf die Ausstoßrichtung vorgesehen sein, wobei die zweite Schubleistung kleiner als die erste Schubleistung konfiguriert sein kann. In diesem Fall liefert die Treibladung somit einen zweistufigen Schubverlauf mit einer höheren Schubleistung in einer ersten Phase der zeitlichen Brennfolge. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise das zweite Treibstoffgemisch mit kontinuierlich abnehmender Schubleistung ausgelegt sein, sodass eine gleichmäßige Geschwindigkeit des Flugkörpers erreicht wird (eine Gewichtsabnahme erhöht die Schubleistung).By appropriate, advantageous selection of both the respective thrust power and / or the respective burn rate, the time course of the thrust and its spatial and temporal power distribution can be adjusted. For example, a first fuel mixture with a first thrust power for a first thrust phase can be positioned in front layers of the propellant charge in relation to an ejection direction. In addition, a second fuel mixture with a second thrust can be provided in the rear layers of the propellant charge in relation to the direction of ejection, wherein the second thrust can be configured to be smaller than the first thrust. In this case, the propellant charge thus delivers a two-stage thrust course with a higher thrust power in a first phase of the temporal burning sequence. Alternatively or additionally, for example, the second fuel mixture can be designed with continuously decreasing thrust power, so that a uniform speed of the missile is achieved (a decrease in weight increases the thrust power).
Gemäß einer Weiterbildung kann das extrudierfähige Modelliermaterial weiterhin ein aushärtbares inertes Material umfassen. Das aushärtbare inerte Material kann in dritten Bereichen der Materiallagen abgelegt werden, die sich von den ersten Bereichen und den zweiten Bereichen unterscheiden. Das inerte Material kann nach Aushärtung inerte Bereiche in der Treibladung definieren.According to a further development, the extrudable modeling material can furthermore comprise a hardenable inert material. The curable inert material can be deposited in third areas of the material layers that differ from the first areas and the second areas. After curing, the inert material can define inert areas in the propellant charge.
Zusätzlich zu Treibstoffgemischen mit unterschiedlichen Eigenschaften können somit auch gezielt inerte, d.h. nicht energetische bzw. reaktive Materialien bzw. Stoffe in die Treibladung eingebracht werden. Beispielsweise können derart Bereiche ausgespart werden, in denen Treibstoffgemische nicht benötigt werden. In einem konkreten Beispiel kann der Schubverlauf somit gezielt unterbrochen und/oder eingedämmt werden.In addition to fuel mixtures with different properties, inert, i.e. non-energetic or reactive materials or substances can also be introduced into the propellant charge in a targeted manner. For example, areas in which fuel mixtures are not required can be left out. In a specific example, the course of thrust can thus be specifically interrupted and / or contained.
Gemäß einer Weiterbildung kann das 3D-Druckverfahren weiterhin Ablegen eines Zündmaterials in den Materiallagen zur Bildung eines Zünders zur Zündung der Treibladung des Festkörpertriebwerks umfassen.According to one development, the 3-D printing method can furthermore include depositing an ignition material in the material layers to form an igniter for igniting the propellant charge of the solid-state engine.
Prinzipiell kann das Zündmaterial ebenfalls in extrudierfähiger Form verarbeitet sowie additiv abgelegt und ausgehärtet werden. Beispielsweise kann die 3D-Druckvorrichtung hierzu einen dedizierten Druckkopf aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Zündmaterial jedoch ebenso in fester Form auf, unter und/oder neben bereits abgelegten Schichten aus Treibstoff aufgebracht werden.In principle, the ignition material can also be processed in extrudable form as well as stored and cured additively. For example, the 3D printing device can have a dedicated print head for this purpose. Alternatively or additionally, however, the ignition material can also be applied in solid form on, under and / or next to layers of fuel that have already been deposited.
Gemäß einer Weiterbildung kann das extrudierfähige Modelliermaterial unmittelbar in eine Triebwerkshülle des Festkörpertriebwerks abgelegt werden.According to a further development, the extrudable modeling material can be deposited directly into an engine casing of the solid-state engine.
In dieser vorteilhaften Weiterbildung wird die Treibladung somit unmittelbar in die Triebwerkshülle und damit das Festkörpertriebwerk gedruckt. Alternativ kann es natürlich ebenso vorgesehen sein, zunächst eine Treibladung zu drucken und diese zu einem späteren Fertigungszeitpunkt in eine Triebwerkshülle eines Festkörpertriebwerks einzubringen.In this advantageous development, the propellant charge is thus printed directly into the engine casing and thus the solid-state engine. Alternatively, it can of course also be provided to first print a propellant charge and to introduce this into an engine casing of a solid-state engine at a later point in time of manufacture.
Gemäß einer Weiterbildung kann das extrudierfähige Modelliermaterial zumindest ein drittes aushärtbares Treibstoffgemisch umfassen. Das dritte aushärtbare Treibstoffgemisch kann eine höhere Abbrandgeschwindigkeit als das erste aushärtbare Treibstoffgemisch und das zweite aushärtbare Treibstoffgemisch aufweisen. Das dritte aushärtbare Treibstoffgemisch kann derart in den Materiallagen abgelegt werden, dass ein Zündkanal mit dem dritten Treibstoffgemisch in der Treibladung gebildet wird.According to a further development, the extrudable modeling material can comprise at least a third hardenable fuel mixture. The third curable propellant mixture can have a higher burn rate than the first curable propellant mixture and the second curable propellant mixture. The third hardenable propellant mixture can be deposited in the material layers in such a way that an ignition channel with the third propellant mixture is formed in the propellant charge.
In dieser Weiterbildung können somit gezielt Kanäle mit hoher Abbrandgeschwindigkeit in die Treibladung eingebracht werden. Damit wird beispielsweise eine homogenere Zündung ermöglicht, die durch einen Zünder initiiert sein kann (beispielsweise kann der Zünder anliegendend zu dem Zündkanal positioniert sein).In this development, channels can thus be introduced into the propellant charge in a targeted manner at a high burning rate. This enables, for example, a more homogeneous ignition that can be initiated by an igniter (for example, the igniter can be positioned adjacent to the ignition channel).
Gemäß einer Weiterbildung können durch Materialaussparungen in den Materiallagen materialfreie Kanäle in der Treibladung gebildet werden.According to a further development, material-free channels can be formed in the propellant charge by material cutouts in the material layers.
Inerte Bereiche in der Treibladung können somit einerseits durch gezielte Einbringung inerter Materialien erreichet werden. Andererseits können auch gezielt Hohlräume vorgesehen werden, die ebenfalls den Schubverlauf und/oder die Schubleistung beeinflussen können.Inert areas in the propellant charge can thus be achieved on the one hand by the targeted introduction of inert materials. On the other hand, specific cavities can also be provided, which can also influence the thrust progression and / or the thrust performance.
Gemäß einer Weiterbildung kann die 3D-Druckvorrichtung einen Druckkopf aufweisen. Der Druckkopf kann einen Materialmischer zur Vermischung eines Treibstoffs mit einem Bindemittel, einem Härter und/oder einem Zusatzstoff zu einem Treibstoffgemisch umfassen. Der Druckkopf kann ferner eine Druckdüse zum Ablegen des Treibstoffgemisches umfassen. Alternativ kann jedoch auch direkt ein vorgemischtes Treibstoffgemisch verwendet werden.According to a further development, the 3D printing device can have a print head. The print head can comprise a material mixer for mixing a fuel with a binder, a hardener and / or an additive to form a fuel mixture. The print head can further comprise a print nozzle for depositing the fuel mixture. Alternatively, however, a premixed fuel mixture can also be used directly.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Bindemittel ein UV-härtendes Bindemittel aufweisen. Hierbei handelt es sich um ein vorteilhaftes Beispiel für einen geeigneten Aushärtemechanismus. Alternativ oder zusätzlich wird der zuständige Fachmann je nach Anwendung weitere Härteprozesse berücksichtigen, wie beispielsweise mechanische, z.B. mittels Druck, chemische, z.B. mittels Härter, physikalische, z.B. mittels Wärme, Zeit, chemische usw.According to a further development, the binder can have a UV-curing binder. This is an advantageous example of a suitable curing mechanism. Alternatively or additionally, depending on the application, the competent person will take into account further hardening processes, such as mechanical, e.g. by means of pressure, chemical, e.g. by means of hardener, physical, e.g. by means of heat, time, chemical, etc.
In diesem Fall kann die 3D-Druckvorrichtung eine UV-Beleuchtung umfassen, mit deren Hilfe das UV-härtende Bindemittel und damit das entsprechende Treibstoffgemisch ausgehärtet werden kann, beispielsweise unmittelbar nach Austritt aus einer Druckdüse der 3D-Druckvorrichtung.In this case, the 3D printing device can include UV lighting, with the aid of which the UV-curing binder and thus the corresponding fuel mixture can be cured, for example immediately after exiting a printing nozzle of the 3D printing device.
Gemäß einer Weiterbildung kann die 3D-Druckvorrichtung für jedes Treibstoffgemisch und/oder für ein aushärtbares inertes Material einen separaten Druckkopf aufweisen. Prinzipiell kann jedoch ebenso ein einzelner Druckkopf dazu ausgebildet sein, unterschiedliche Treibstoffgemisch und ggf. auch das inerte Material zu drucken.According to a further development, the 3D printing device can have a separate print head for each fuel mixture and / or for a hardenable inert material. In principle, however, a single print head can also be designed to print different fuel mixtures and possibly also the inert material.
Gemäß einer Weiterbildung kann die 3D-Druckvorrichtung weiterhin eine Ausrichtungseinrichtung umfassen. Die Ausrichtungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Triebwerkshülle des Festkörpertriebwerks zum unmittelbaren Ablegen des extrudierfähigen Modelliermaterials in die Triebwerkshülle auszurichten. Beispielsweise kann die Ausrichtungseinrichtung dazu ausgebildet sein, die Triebwerkshülle zu kippen, zu rotieren und/oder entlang mehrerer Raumachsen auszurichten.According to a further development, the 3D printing device can furthermore comprise an alignment device. The alignment device can be designed to align an engine casing of the solid-state engine for the direct deposit of the extrudable modeling material in the engine casing. For example, the alignment device can be designed to tilt, rotate and / or align the engine casing along a plurality of spatial axes.
Dies ist besonders vorteilhaft, um die Treibladung direkt in die Triebwerkshülle zu drucken. Beispielsweise kann die 3D-Druckvorrichtung ein Ablage entlang mindestens dreier Achsen ermöglichen. Zusätzlich kann die Ausrichtungseinrichtung nun die Triebwerkshülle um eine weitere Achse rotieren, um das Einbringen der Treibladung in die Triebwerkshülle zu erleichtern. Dem Fachmann wird hierbei klar sein, dass die 3D-Druckvorrichtung noch weitere Freiheitsgrade bzw. Achsen aufweisen kann. Beispielsweise kann der Druckkopf um eine fünfte Achse neig- bzw. kippbar ausgebildet sein, um das Einbringen der Treibladung weiter zu erleichtern.This is particularly advantageous in order to print the propellant charge directly into the engine casing. For example, the 3D printing device can enable storage along at least three axes. In addition, the alignment device can now rotate the engine casing about a further axis in order to facilitate the introduction of the propellant charge into the engine casing. It will be clear to the person skilled in the art that the 3D printing device can also have further degrees of freedom or axes. For example, the print head can be designed to be inclined or tiltable about a fifth axis in order to further facilitate the introduction of the propellant charge.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above configurations and developments can be combined with one another as desired, provided that it makes sense. Further possible configurations, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
-
1 schematische Ansicht einer 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung einer Treibladung für ein Festkörpertriebwerk gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und -
2 schematisches Ablaufdiagramm eines 3D-Druckverfahrens mit der 3D-Druckvorrichtung aus1 .
-
1 schematic view of a 3D printing device for additive manufacturing of a propellant charge for a solid-state engine according to an embodiment of the invention; and -
2 schematic flow diagram of a 3D printing process with the 3D printing device1 .
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying figures are intended to provide a further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and serve in conjunction with the description explaining principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the advantages mentioned emerge with a view to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale with one another.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing, identical, functionally identical and identically acting elements, features and components - unless stated otherwise - are each provided with the same reference symbols.
Das 3D-Druckverfahren
Allgemein umfassen extrudierfähige Modelliermaterialien hierbei sämtliche Materialien, die mit einer geeigneten Düse extrudiert werden können. Insbesondere umfassen extrudierfähige Modelliermaterialien fließfähige Materialien. Weiterhin sind jedoch ebenso nicht fließfähige Materialien einsetzbar, die derart aufbereitet werden können (z.B. mittels Erwärmen), dass sie extrudierfähig werden. Hierbei kann die Viskosität des Materials für die Wahl der konkret verwendeten Extruderdüse berücksichtigt werden.In general, extrudable modeling materials include all materials that can be extruded with a suitable nozzle. In particular, extrudable modeling materials include flowable materials. However, non-flowable materials can also be used that can be processed (e.g. by heating) in such a way that they can be extruded. The viscosity of the material can be taken into account when choosing the specific extruder nozzle used.
Hierbei umfasst das extrudierfähige Modelliermaterial
Die ersten, zweiten und dritten Bereiche sind hierbei jeweils unterschiedliche Bereiche innerhalb der Treibladung
Die ersten, zweiten und dritten Bereiche werden in den Materiallagen
Um die Flexibilität für die Einstellung des Schubverlaufs des Festkörpertriebwerks
In ähnlicher Weise können zudem Materialaussparungen
In der konkreten beispielhaften Ausführung gemäß
Die konkrete Verteilung sowie die Eigenschaften der Treibstoffgemische
Ausgeführt wird das 3D-Druckverfahren von der 3D-Druckvorrichtung
Es versteht sich hierbei, dass die konkrete Anzahl an Materialbehältern
Ferner wird in der beispielhaften Ausführung gemäß
Der Druckkopf
In der Ausführung in
Im Ergebnis wird somit eine 3D-Druckvorrichtung
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.In the preceding detailed description, various features for improving the stringency of the presentation have been summarized in one or more examples. It should be clear, however, that the above description is merely illustrative and in no way restrictive in nature. It serves to cover all alternatives, modifications and equivalents of the various features and exemplary embodiments. Many other examples will be immediately and immediately apparent to those skilled in the art on the basis of their technical knowledge in view of the above description.
Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe „beinhaltend“ und „aufweisend“ als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe „umfassend“ verwendet. The exemplary embodiments were selected and described in order to be able to illustrate the principles on which the invention is based and their possible applications in practice as well as possible. As a result, those skilled in the art can optimally modify and use the invention and its various exemplary embodiments with regard to the intended use. In the claims and the description, the terms “including” and “having” are used as neutral-language terms for the corresponding terms “comprising”.
Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein“, „einer“ und „eine“ eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.Furthermore, the use of the terms “a”, “an” and “an” should not fundamentally exclude a plurality of features and components described in this way.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- FestkörpertriebwerkSolid-state engine
- 22
- TreibladungPropellant charge
- 33
- extrudierfähiges Modelliermaterialextrudable modeling material
- 44th
- MateriallageMaterial position
- 5a-c5a-c
- aushärtbares Treibstoffgemischcurable fuel mixture
- 66th
- inertes Materialinert material
- 77th
- ZündmaterialIgnition material
- 88th
- TriebwerkshülleEngine casing
- 99
- ZündkanalIgnition channel
- 1010
- 3D-Druckvorrichtung3D printing device
- 1111
- MaterialaussparungMaterial recess
- 1212th
- DruckkopfPrinthead
- 1313th
- MaterialmischerMaterial mixer
- 1414th
- Treibstofffuel
- 1515th
- Bindemittelbinder
- 1616
- HärterHarder
- 1717th
- ZusatzstoffAdditive
- 1818th
- DruckdüsePressure nozzle
- 1919th
- AusrichtungseinrichtungAlignment device
- 2020th
- UV-BeleuchtungUV lighting
- 2121
- MaterialbehälterMaterial container
- 2222nd
- flexible Förderleitungflexible delivery line
- MM.
- 3D-Druckverfahren3D printing process
- M1-M2M1-M2
- VerfahrensschritteProcedural steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- Chandru et al., „Additive Manufacturing of Solid Rocket Propellant Grains,“ Journal of Propulsion and Power, Band 34, Nr. 4, 2018 [0003]Chandru et al., "Additive Manufacturing of Solid Rocket Propellant Grains," Journal of Propulsion and Power, Volume 34, No. 4, 2018 [0003]
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